Umweltmeteorologie

Prof. Dr. Otto Klemm

14. Luftverkehr

Quelle: http://www.icpp.ch

Luftverkehr

Quelle: Schumann und Wurzel: Impact of Emissions from Aircraft and Spacecaft Upon the Atmosphere DLR-Mitteilungen 94-06

Luftverkehr

Quelle: Schumann und Wurzel: Impact of Emissions from Aircraft and Spacecaft Upon the Atmosphere DLR-Mitteilungen 94-06

Luftverkehr

Quelle: Schumann und Wurzel: Impact of Emissions from Aircraft and Spacecaft Upon the Atmosphere DLR-Mitteilungen 94-06

Luftverkehr

Quelle: Schumann und Wurzel: Impact of Emissions from Aircraft and Spacecaft Upon the Atmosphere DLR-Mitteilungen 94-06

Luftverkehr

Quelle: Kärcher et al. (1996) Journal of Geophysical Research 101, 15169-15190

Luftverkehr

Quelle: Kärcher et al. (1996) Journal of Geophysical Research 101, 15169-15190

Befliegung der Flugstraßen über dem NE-Atlantik

-15 -10 -5 0

50

55

60

latit

ude

/ o N

longitude / oE

26.11.94

28.07.94

P

P

Shannon

Prestwick

55 56 57 580123456

NO

, NO

y / p

pb

latitude / oN

0

100

200

300

O3

/ pp

b

0

50

100

150

200

CO

/ p

pb

Befliegung der Flugstraßen über dem NE-Atlantik

Quelle: Klemm et al. (1998) Journal of Geophysical Research 103, 31217-31229

Befliegung der Flugstraßen über dem NE-Atlantik

Befliegung der Flugstraßen über dem NE-Atlantik

Vertikalprofile

Quelle: Schumann et al. (2000) Journal of Geophysical Research 105, 3605-3631

Vertikalprofile

Luftverkehr: Emissionsindizes

Quelle: Schumann et al. (2000) Journal of Geophysical Research 105, 3605-3631

Emissionen aus Luftverkehr

Emissionsindexg (kg Treibstoff)-1

Emissionsrate1990 (Mt a-1)

Verhältnis zuvergleichbaren Quellen

Treibstoff 1000 176 5.6 % des gesamtenTreibstofverbrauchs imVerkehr

CO2 3150 554 2.7 % der Verbrennungfossiler Brennstoffe

H2O 1260 222 500 % der CH4–Oxidationin der Stratosphäre

NO2 18 3.2 3.6 % der anthropogenenQuellen

CO 1.5 0.26 0.04 % deranthropogenen Quellen

HC 0.6 0.1 0.1 % der anthropogenenQuellen

Ruß 0.015 0.0025

SO2 1 0.176 280 % der Quellstärke,die für ein Steady-State inder Stratosphäre nötigwäre.

NOx aus dem Luftverkehr

NOx aus dem Luftverkehr: Fallbeispiel

Luftverkehr

Quellen für atmosphärische Stickoxide global (G t NO2 a-1)

Verbrennnung fossiler Energieträger 69

Emissionen aus Böden 18

Verbrennung von Biomasse 37

Oxidation des NH3 10

Gewitter 17

Flugzeugabgase 1

Input aus Stratosphäre 2

Summe: 154 76

Luftverkehr konsumiert 2 - 3 % des weltweit verwendeten Erdöls bzw. 13 % des Treibstoffs, der für Verkehr verwendet wird.

Einfluss des NOx auf Ozon

Troposphäre:

NO + O3 NO2 + O2

NO + RO2 NO2 + RO

NO + HO2 NO2 + OH

NO2 + h O(3P) + NO

O(3P) + O2 O3

Anstieg NOx Anstieg O3 (unter NOx-limitierten Bedingungen)

Stratosphäre:

NO + O3 NO2 + O2

NO2 + O NO + O2

Summe: O3 + O 2 O2 Anstieg NOx Abnahme O3

Einfluss des NOx auf Ozon

Die Tropopause ist im chemischen Sinne nicht die Schicht, die genau

die beiden Regimes voneinander trennt.

In der Summe führt der Luftverkehr in der Atmosphäre bis 16 km

Höhe (NOx 50 ...100 ppt) zu einer (kleinen) Zunahme des O3.

Ausbildung von Kondensstreifen

Quelle: Ford (1998) Ice nucleation in jet aircraft exhaust plumes. POLINAT 2 Final Report

Ausbildung von Kondensstreifen

Quelle: Ford (1998) Ice nucleation in jet aircraft exhaust plumes. POLINAT 2 Final Report

Ausbildung von Kondensstreifen

Kondensstreifen bilden sich, wenn in der Abgasfahne (zumindest

lokal) die Wasserdampfsättigung überschritten wird (Übersättigung

gegenüber der Eisphase reicht anscheinend nicht aus).

Einflussfaktoren sind:

Atmosphärische Bedingungen

Emission von H2O aus dem Triebwerk

Emission von Wärme aus dem Triebwerk

Ausbildung von Kondensstreifen

• modernere, effizientere Triebwerke neigen folglich stärker dazu,

Kondensstreifen zu bilden

• in den Hauptflugkorridoren herrscht zu etwa 15 % der Zeit

Bedingungen, die die Bildung von Kondensstreifen begünstigen;

Maximum: Oktober

möglicher Klimaantrieb durch Flugzeugemissionen

Abschätzung des Einflusses des Flugverkehrs auf den

Strahlungshaushalt der Atmosphäre ist nur mit Einsatz globaler

Chemie-Transport-Modelle (CTMs) möglich

Einfluss durch:

•Emissionen der Treibhausgase H2O, CO2

•Verringerung der Lebenszeit des CH4

•Emissionen von NOx, Einfluss auf O3

•Sulfat-Aerosol

•Bildung von Kondensstreifen

•Rußpartikel

möglicher Klimaantrieb durch Flugzeugemissionen

Szenario 1992 2015

Treibstoffverbrauch (Mt a-1) 160.3 324.0

NOx Emissionen (Mt a-1) 1.92 4.34MV CO2 (ppm) 1.0 2.5

CO2 +0.018 +0.038

O3 +0.023 +0.040

CH4 –.014 –0.027

H2O +0.0015 +0.003

Kondensstreifen

+0.020 +0.060

Sulfat–Aerosol

–0.003 –0.006

Ruß–Aerosol +0.003 +0.006

resultierender

Klimaantrieb

( W m-2)

Summe +0.0485 +0.114

resultierenderTemperarutanstieg (K)

0.000 +0.360 (für 2000: 0.140)